用于室內應用的毫米波視距mimo通信系統的制作方法
【專利說明】用于室內應用的毫米波視距MIMO通信系統
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年2月26日提交的美國申請N0.61/769，415的權益，其全部內容通過引用被合并于此。
技術領域
[0003]本公開總體涉及室內通信系統，并且更具體地涉及多輸入和多輸出(MMO)通信系統和方法。
【背景技術】
[0004]近年來，隨著新的軟件應用需要高數據吞吐量，有線數據傳輸技術已經被發展為允許高達10千兆比特每秒(Gbps)的數據率。諸如例如LTE和WiFi之類的無線通信協議提供了較高的數據傳送率，但尚不能與諸如Thunderbolt或HDMI之類的有線傳輸的高數據吞吐量相當。存在對于無線數據傳輸技術趕上這樣高的吞吐量要求的迫切需要，以滿足諸如無線PC對接、無線PC1-E總線、USB、HDMI等等應用。
【附圖說明】
[0005]圖1根據本公開的各個方面和原理，示出了具有大型接收天線基座的2X2視距多輸入多輸出(LOS ΜΙΜ0)通信系統的說明性示意幾何部署。
[0006]圖1A根據本公開的各個方面和原理，示出了具有大型發射天線基座的2X2L0SMIMO通信系統的說明性示意幾何部署。
[0007]圖1B根據本公開的各個方面和原理，示出了具有全雙工配置的2X2L0S MMO通信系統的說明性示意幾何部署。
[0008]圖2根據本公開的各個方面和原理，示出了 LOS MMO系統在不同操作模式中的信號噪聲比(SINR)的說明性仿真結果。
[0009]圖3根據本公開的各個方面和原理，示出了短距離無線同步(sync-and-go)的示例。
[0010]圖4根據本公開的各個方面和原理，示出了短距離無線同步(sync-and-go)的替換性示例。
【具體實施方式】
[0011]在隨后的描述中，類似的部件被給出相同的參考標號，而不考慮它們是否被示出于不同的實施例中。為了以清楚并且簡潔的方式示出本公開的(一個或多個)實施例，附圖不一定按照比例示出，并且可以以一些示意性的形式來示出某些特征。可以以相同的方式或類似的方式將參照一個實施例描述和/或說明的特征用于一個或多個其他實施例中和/或與其他實施例的特征進行組合或者代替其他實施例的特征。
[0012]根據本公開的各個實施例，公開了一種通信系統，該通信系統包括具有至少兩個發射天線的發射設備和具有至少兩個接收天線的接收設備，該至少兩個發射天線中的每一個被配置為形成和/或操縱定向波束信號。發射設備和接收設備被配置和部署為使得接收設備處由發射天線的波束信號產生的照射點(illuminat1n spot)小于相鄰的接收天線之間的空間間隔和/或來自接收天線的分辨點(resolut1n spot)小于發射天線之間的空間間隔。
[0013]在另一實施例中，設備包括至少兩個發射天線，每個天線被配置為形成和/或操縱定向波束信號。設備被配置為與具有與該設備上的發射天線相同數目的接收天線的接收設備進行通信，該設備被部署為使得來自接收天線的分辨點小于相鄰發射天線之間的空間間隔。
[0014]在又一實施例中，設備包括至少兩個接收天線，每個天線被配置為接收定向波束信號。該設備被配置為與具有與該設備的接收天線相同數目的發射天線的發射設備進行通信，該設備被部署為使得接收設備處由發射天線的波束信號產生的照射點小于相鄰接收天線之間的空間間隔。
[0015]在附加實施例中，通信方法包括(i)提供具有至少兩個發射天線的發射設備，該至少兩個發射天線被配置為形成和/或操縱定向波束信號，(?)提供具有至少兩個接收天線的接收設備，以及(iii)從發射設備上的至少兩個發射天線發射定向波束信號。至少兩個發射天線被部署為使得:接收設備處由發射天線的波束信號產生的照射點小于相鄰的接收天線之間的空間間隔和/或來自接收天線的分辨點小于發射天線之間的空間間隔。
[0016]載波信號、載波、或僅載體在這里可被互換地使用并且指代為了傳送信息的目的而被調制有輸入信號的波形。載波可包括具有從約IkHz到約1PHz (低頻無線電波至光波)的頻率的電磁輻射。一般地，載波上可實現的最大可能數據傳送率隨它的頻率的增加而增加。因此，更高頻率的載波可優選地用于更高的數據率。另一方面，因為波長與頻率成反比，更高頻率的載波受到障礙物的影響并且經歷快速衰減。因此，盡管墻和建筑物對于光頻率范圍內的載波是不可穿透的，但它們一般對于較低頻率的無線電波是透明的。這樣，一般在為具體應用選取合適的載波頻率時，存在范圍和數據率之間的折中。
[0017]視距(Line-of-sight，LOS)通信被定義為看得到彼此且在它們之間沒有障礙物的發射機和接收機之間的通信。發射機和接收機之間的信號可被空氣和帶有物質材料的障礙所吸收、散射、折射、或反射，而一般不能沿地平線或繞過障礙物傳播。電磁輻射沿直線傳播，因此使用電磁輻射的所有無線通信一般是LOS通信。在信號看起來沒有LOS限制的情況下，信號被(例如，被地球曲率或者電離層)散射或者反射，導致準曲線路徑，這允許接收機在發射機已經落入地平線以下很久之后接收到信號。
[0018]極高頻是無線電頻帶(一般從30GHz到300GHz的范圍)，電波具有從十毫米到一毫米的波長(因而，命名為毫米波或_波)。此頻段中的信號易于被大氣衰減，這限制了它們在室外應用中的范圍和實用性。另外，_波被建筑物的墻所阻塞并且被植物所衰減。然而，mm波能夠用于短距離LOS室內應用以提高頻譜利用率。此外，mm波的短波長允許信號的定向傳輸和操縱。附加地，當與例如在WiFi網絡中使用的較長波長輻射相比較時，更高頻率的_波允許更高的數據傳送率。
[0019]MIMO或多輸入多輸出技術涉及使用多個天線作為發射機和接收機二者來提升通信性能。因為MMO技術在沒有額外帶寬或功率增加需求的情況下提供了數據吞吐量和鏈路范圍的增加，MIMO技術是高吞吐量無線通信的有吸引力的候選。
[0020]這里所公開的是使用mm波實現LOS MMO通信的系統、設備和方法的實施例。在實施例中，系統包括具有至少兩個發射天線的發射設備和具有至少兩個接收天線的接收設備。每個天線被配置為形成和/或操縱載有數據信號的定向波束信號。發射設備和接收設備被配置和部署為使得接收設備處來自發射天線的照射點小于相鄰的接收天線之間的空間間隔和/或來自接收天線的分辨點小于發射天線之間的空間間隔。
[0021]圖1根據本公開的各個方面和原理，示出了具有大型接收天線基座的2X2視距多輸入多輸出(LOS ΜΙΜ0)通信系統的說明性示意幾何部署。發射設備110包括被布置為相隔距離dl的兩個定向發射天線113和115并且接收設備120包括被布置為相隔距離d2的兩個接收天線124和126。
[0022]在各種實施例中，天線可包括天線陣列。如這里所用，天線陣列指一組輻射體，在它們中間運行的電流具有不同的幅度和/或相位。使用天線陣列發射或接收的數據可被適當地復用從而最大化數據傳送率。
[0023]定向天線被定義為被配置為使得在一個或多個方向上輻射更大功率地輻射電磁輻射的設備。沿其被輻射方向的最大功率被稱作天線輻射圖的主瓣。在一些實施例中，定向天線可被配置為使得它的輻射圖的主瓣的方向可被改變。在這樣的實施例中，改變主瓣方向的過程被稱作波束操縱。在一些實施例中，波束操縱能夠通過開關天線元件或者通過改變驅動這些元件的信號的相對相位來實現。
[0024]天線的波束寬度被定義為主瓣的寬度。當參考主瓣的峰值有效輻射功率時，主瓣的半功率(-3dB)點之間的角度被定義為半功率波束寬度。
[0025]照射點指來自發射設備的波束或信號能夠被接收到的區域。例如，參考圖1，發射天線115被配置為在具有由半功率波束寬度角0_￥弧度定義的波束寬度的具體方向上發射信號，以在設備110和120之間的距離為L時形成照射點150。
[0026]類似地，分辨點指由接收天線的主瓣的半功率波束寬度在特定距離處所覆蓋的區域。例如，參考圖1A，接收天線116A被配置為沿它的具有半功率波束寬度角Θ hpbw弧度的主瓣接收信號。接收天線116A在發射設備120A處的分辨點因此能夠由區域150A表示。本領域技術人員將清楚，照射點和分辨點二者均與接收設備和發射設備之間的距離成比例